CN106030977A - 用于使用抽象的电力网络实体描述符来控制电力系统部件的系统、方法及计算机程序产品 - Google Patents

用于使用抽象的电力网络实体描述符来控制电力系统部件的系统、方法及计算机程序产品 Download PDF

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Abstract

一种设备包括被配置成耦接到至少一个电力总线并且执行与至少一个电力总线相关联的多个电气功能的至少一个装置。控制系统操作性地与至少一个装置相关联，并且被配置成使用来自关于至少一个装置抽象的电力网络域的描述符来电子通信，并且响应地操作在电力网络域中作为实体的至少一个装置。实体可包括例如电力路由实体、电力转换实体或计量实体。至少一个装置可包括例如开关、有源电路、无源电路、保护装置和/或传感器。同样公开了方法和计算机程序产品。

Description

用于使用抽象的电力网络实体描述符来控制电力系统部件的系统、方法及 计算机程序产品
技术领域
本发明主题涉及电力系统、用于控制该电力系统的方法及计算机程序产品，并且更特别地涉及由电力总线互连的控制装置。
背景技术
在诸如数据中心的商业应用中使用的传统电力系统通常包括各种类型的装置，诸如开关柜单元、变压器、配电单元(PDU)和不间断电源(UPS)。这些通常是单一用途的单元并且被选择并互连以适应特定的应用。例如，在数据中心电力系统中使用的传统UPS可包括机柜或具有相对固定拓扑的机柜的模块化布置，例如，被设计成提供来自诸如公用电源的主源和诸如电池的辅助源的电力输出的整流器、逆变器和电池转换器电路的特定互连。主电源和辅助电源可使用开关柜和通常选择用于特定应用的其它网络部件来连接到UPS和其它电力网络部件。虽然这种电力网络部件操作性地访问诸如建筑物管理系统(BMS)的外部控制系统，但是该访问可能受到限制。这种单元可能难以与其它装置集成。
大型数据中心已经随着Web服务和云计算的出现而激增。一些较新的大型数据中心占据数百万平方英尺并且容纳几十万台服务器。这些中心可具有不同的电力要求。例如，数据中心可托管诸如社会媒体和视频服务的容许错误的应用和诸如金融应用的不容许错误的应用二者。对于这种设施能耗是主要关注点，因为一些设施接近100兆瓦的水平，其中甚至损失的效率的几个百分点可转变成显著的费用。可期望使用诸如在线UPS的高度可靠的系统来对托管不容许错误的应用的服务器供电。然而，在具有高度可靠的UPS的服务器上运行容许错误的应用可能是相对低效的。例如在Krieger等人的美国专利7,886,173、Whitted等人的美国专利No.7,560,831以及Sarti的美国专利No.8,344,546中，提出了用于在具有相对高的效率和冗余的数据中心中提供电力的各种解决方案。然而，这些解决方案可能相对不灵活，并且可能无法提供诸如限流和其它保护特征的足够的能力宽度。
发明内容
本发明主题的一些实施例提供一种设备，该设备包括被配置成耦接到至少一个电力总线并且执行与至少一个电力总线相关联的多个电气功能的至少一个装置。控制系统操作性地与至少一个装置相关联，并且被配置成使用来自关于至少一个装置抽象的电力网络域的描述符来电子通信，并且响应地操作在电力网络域中作为实体的至少一个装置。实体可包括例如电力路由实体、电力转换实体或计量实体。至少一个装置可包括例如开关、有源电路、无源电路、保护装置和/或传感器。
根据进一步的实施例，电力系统包括：至少一个电力总线；以及至少一个组件，其连接到至少一个电力总线并且包括至少一个装置，该至少一个装置被配置成执行与至少一个电力总线相关联的至少一个电气功能。该至少一个组件被配置成响应于使用来自电力网络域的描述符的通信而受控制，该电力网络域关于组件中的至少一个装置抽象。
一些实施例提供了操作电力网络的方法，该电力网络包括连接到至少一个电力总线的至少一个组件以及包括执行与至少一个电力总线相关联的至少一个电气功能的至少一个装置。该方法包括：使用来自关于至少一个装置抽象的电力网络域的描述符与组件通信；以及响应地操作在电力网络域中作为实体的至少一个装置。
本发明主题同样可体现为包括在其中体现的计算机可执行程序代码的非暂态介质，该计算机可执行程序代码被配置成在控制至少一个组件的数据处理装置上执行，该至少一个组件连接到至少一个电力总线并且包括执行与至少一个电力总线相关联的至少一个电气功能的至少一个装置。该计算机可执行程序代码可包括：被配置成使至少一个组件使用来自关于至少一个装置抽象的电力网络域的描述符来电子通信的计算机程序代码；以及被配置成使至少一个组件操作为响应于通信的在电力网络域中的实体的计算机程序代码。
附图说明
图1是示出根据一些实施例的电力系统的示意图。
图2和图3是示出根据一些实施例的电力部件组件的示意图。
图4是示出根据一些实施例的用于实现电力网络部件的控制设备的示意图。
图5是示出根据一些实施例的用于电力系统的概念模型的示意图。
图6是示出根据一些实施例的电力网络的示例性实施方式的示意图。
图7是根据一些实施例的电力链路构造的示意说明。
具体实施方式
现将参考附图描述本发明主题的特定示例性实施例。然而该发明主题可以许多不同形式体现，并不应当解释为限于在此阐述的实施例；而是提供这些实施例以使得该公开将充分和完整，并且将向本领域的技术人员全面传达本发明主题的范围。在附图中，相同的标记指相同的元件。将理解的是，当元件指“连接”或“耦接”到另一个元件时，可以直接连接或耦接到另一个元件，或可以存在中间元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联列表项目的任何和全部组合。
在此所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明主题。如在此所用，单数形式“一个”、“一”和“该”旨在也包括复数形式，除非在其它情况下明确陈述。应进一步理解，当术语“包括”、“包含”、“包括了”和/或“包含了”在本说明书中使用时，指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其中的组。
除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与该发明主题所属的领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此明确这样定义。
本发明主题可以体现为设备、方法和计算机程序产品。可参考示出结构和操作的框图和/或操作说明来描述一些实施例。在这种示图中的每一个框可表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个计算机可执行程序代码。应该理解的是，框图和/或操作说明中的每一个框以及在框图和/或操作说明中的框的组合可使用模拟电路和/或数字电路来体现。可将计算机可执行程序代码提供给控制器电路，该控制器电路可包括一个或多个通用处理器、专用处理器、ASIC和/或其它可编程数据处理设备，以使得经由控制器执行的指令创建用于实现在框图和/或一个操作框或多个操作框中指定的功能/动作的方法(means)。
这些计算机可执行程序代码同样可存储在可引导控制器电路以特定方式运行的非暂态介质中，以使得存储在非暂态介质中的程序代码构成制品，该制品包括实现在框图和/或操作说明中的一个框或多个框中指定的功能的指令。非暂态介质可以是但不限于电子、磁、光、电磁或半导体系统、设备或装置。非暂态介质的更具体的示例(非穷举列表)包括以下：硬盘装置、光存储装置、磁存储装置、随机存取存储器(RAM)装置、只读存储器(ROM)装置、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)装置以及光盘只读存储器(CD-ROM)。
本发明主题的一些实施例产生于提供更有效地寻址(address)诸如大型数据中心的现代电力应用的不同需求的电力分配构造的需求的发明实现。例如，传统的基于“箱(box)”的UPS和开关柜实施方式可能在满足现代数据中心架构的需求方面受限，在该现代数据中心架构中计算进程可横跨多个计算节点分布，并且在该现代数据中心架构中这种进程的分布可随时间变化。本发明主题的一些实施例可通过利用从诸如有源电路、开关、保护装置、存储装置等的低端装置抽象的电力网络域实体来满足这种灵活的电力需求。这种实体可用于集合(aggregate)这种装置的功能，以提供诸如UPS、转换开关等的特定类型的行为实体，其可以以不需要特定参考低端装置的方式被访问和受控。
图1示出根据本发明主题的一些实施例的电力系统100。电力系统100包括至少一个电力总线110与一个或多个部件120a、120b，该一个或多个部件120a、120b中的每一个包括耦接到至少一个总线110的一个或多个装置122。装置122被配置成执行与至少一个总线110相关联的一个或多个功能123，并且可包括例如开关(例如，机电的和固态的开关)、有源电路(例如，晶体管电路)、无源电路(例如，电感器和电容器电路)、保护装置(例如，断路器、保险丝和避雷器)、存储装置(例如，电池和飞轮)、传感器(例如，电压传感器、电流传感器和温度传感器)等。每一个部件120a、120b进一步包括被配置成控制一个或多个装置122的控制系统124。
根据一些实施例，可将控制系统124配置成控制在从一个或多个装置122抽象的电力网络域中作为一个或多个实体的装置122。特别地，可将控制系统124配置成根据来自抽象的电力网络域的实体类型描述符与其它装置通信，并响应地控制底层装置122，以使得它们共同作为在抽象的电力网络域中的相应实体操作。因此，例如，在不参考底层装置122的特定操作的情况下，使用电力网络域的更高级别的构造可灵活和动态地访问部件120a、120b的底层装置122，其中控制系统124介导(mediate)在抽象的电力网络域和装置122之间的相互作用。
应该理解的是，部件120a、120b可包括装置的单独的物理组件，和/或由横跨这种多个组件分布的控制系统共同控制的这种组件的组合。控制系统可包括例如，微处理器、微控制器或其它计算装置，连同用于控制在其中的各种装置的接口电路。
图2示出根据一些实施例的可如何使用在一个或多个组件中集合的装置的示例。一个或多个组件200可包括在开关柜中通常提供的装置210的集合，诸如电路保护装置、开关和传感器。可取决于特定的应用和/或特定应用的当前状态将这些装置210配置成实现各种不同更高级别的网络构造，诸如转换开关、断开开关、旁路开关、功率计和环境监视器。可将一个或多个组件200的控制系统220配置成使用更高级别的电力网络构造与其它实体(包括诸如监控控制系统的其它类似组件和/或其它装置)通信。基于这些通信，控制系统220可以操作各种组成的装置(various constituentdevice)210来提供在抽象的电力网络域中所需的实体行为。
图3示出另一个示例。又一个组件300可包括装置310，该装置310可在诸如整流器、逆变器、不间断电源等的各种电力转换器应用中使用。如图所示，装置310可包括有源电路(例如，晶体管电路)、无源电路(例如，电感器和电容器电路)、开关(例如，机电的和固态的开关)、能量存储装置(例如，电池和飞轮)和各种传感器(例如，电压、电流和温度传感器)。控制电路320可操作这些装置310来提供符合诸如整流器、逆变器、电池转换器、备用UPS、在线UPS、功率计和环境监视器的各种抽象的实体的行为。可根据这些较高级别的构造来实施控制系统320的外部通信。这种组件的示例可能是模块化组件，该模块化组件包括可灵活地互连并用于实现各种UPS拓扑以及实现诸如计量计(meter)的监视实体的电力转换电路和相关联装置的集合。
图4示出根据一些实施例的可如何实现实体抽象的示例。一个或多个组件400包括被配置成执行与一个或多个电力总线相关联的各种功能的一个或多个装置410。装置410可包括各种不同的电气硬件和/或电气硬件的组合中的任何一个，诸如开关、断路器、转换器电路、能量储存装置、阻抗、保护装置等。将可包括例如一个或多个数据处理装置(例如，微处理器、微控制器等，以及相关联的存储器)的控制系统420配置成控制一个或多个装置410。
如进一步所示，控制系统420可提供实体配置功能424(例如，一个或多个计算机进程)，该实体配置功能424用于实例化电力网络实体，基于关于一个或多个装置410的装置数据426从一个或多个装置410抽象出该电力网络实体。如图所示，实体配置功能424可响应于诸如经由本地和/或远程用户接口提供的配置命令的外部提供的配置信息来操作。实例化的实体由解释器(interpreter)功能422使用，该解释器功能422响应于使用涉及实例化的实体的抽象域实体参考的外部通信来操作一个或多个装置410。因此，例如，可将一些装置410的一些功能分组以提供实体功能，该实体功能不需要与控制系统420通信的外部装置来访问装置410的特定操作。如在图5中所示，这种设备可提供装置域510和抽象的电力网络域520的分层布置，该装置域510包括至少一个电力总线512和与之相关联的电气装置514，以及抽象的电力网络域520包括从底层电气装置514抽象出来的各种电力网络域实体522。
图6示出根据一些实施例的使用部件组件实现的电力网络600的示例。网络600包括被配置成耦接到一个或多个源10的一个或多个开关柜组件610。开关柜组件610包括诸如开关612和保护装置614的装置，其功能可使用如上所述的抽象的电力网络域实体来集合。可将开关柜组件610配置成选择性地路由电力到与其耦接的一个或多个转换器组件620。转换器组件620可包括例如有源电路622、无源电路624和开关626，并且可被配置成组合这些装置的功能，以将诸如逆变器、整流器、UPS、有源滤波器等的执行电力转换功能提供给抽象的电力网络域实体。转换器组件620可耦接到一个或多个开关柜组件630，其可包括例如选择性地从转换器组件620路由电力到各种负载20的各种开关632和保护装置634。开关柜和转换器组件610、620、630同样可包括传感器和可用于实现各种计量实体的其它装置。系统管理器30(例如，建筑物管理系统)可使用沿上述线路的抽象的电力网络域通信来控制开关柜和转换器组件610、620、630。开关柜和转换器组件610、620、630同样可使用这种通信来彼此通信。
根据本发明主题的一些实施例，沿着参考图1-6在上面讨论的线路的控制技术可用于实现将一个或多个源连结(tie)到一个或多个负载的灵活且动态适应的电力链路700。可将电力链路700配置成向负载提供各种和不同水平的冗余、保护和其它特征。可通过诸如建筑物管理系统的外部管理器10使用构成电力链路700的抽象构造来控制电力链路700。这可免除(relieve)管理器10使用特定装置通信的需求。同样可使得能够使用灵活配置以服务于各种不同应用的诸如开关柜和转换器组件的电力设备，而不是使用诸如一些传统UPS系统的相对固定的特殊用途的“箱”。
在附图和说明书中，已经公开了本发明主题的示例性实施例。虽然采用了特定术语，但是它们仅在通用和描述性的意义上使用，并且不用于限制的目的，本发明主题的范围由以下权利要求定义。

Claims (21)

1.一种设备，包括：
至少一个装置，其被配置成耦接到至少一个电力总线并且执行与所述至少一个电力总线相关联的多个电气功能；以及
控制系统，其操作性地与所述至少一个装置相关联，并且被配置成使用来自关于所述至少一个装置抽象的电力网络域的描述符来电子通信，并且响应地操作在所述电力网络域中作为实体的所述至少一个装置。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述控制系统与所述至少一个装置集成在单个组件中。
3.根据权利要求2所述的组件，其中所述单个组件包括开关柜组件或电力转换器组件。
4.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个装置横跨多个组件分布。
5.根据权利要求4所述的组件，其中所述控制系统横跨所述多个组件分布。
6.根据权利要求1所述的组件，其中所述实体包括电力路由实体、电力转换实体或计量实体。
7.根据权利要求1所述的组件，其中所述多个电气功能包括感测功能和/或控制功能。
8.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个装置包括开关、有源电路、无源电路、保护装置和/或传感器。
9.一种电力系统，包括：
至少一个电力总线；以及
至少一个组件，其连接到所述至少一个电力总线并且包括至少一个装置，所述至少一个装置被配置成执行与所述至少一个电力总线相关联的至少一个电气功能，并且被配置成响应于使用来自电力网络域的描述符的通信而受控制，所述电力网络域关于所述组件中的所述至少一个装置抽象。
10.根据权利要求9所述的电力系统，其中所述组件包括控制系统，所述控制系统被配置成使用来自所述电力网络域的描述符来通信，并且响应地操作在所述电力网络域中作为实体的其的所述至少一个装置。
11.根据权利要求10所述的电力系统，其中所述实体包括电力路由实体、电力转换实体或计量实体。
12.根据权利要求10所述的电力系统，其中所述电气功能包括感测功能和/或电力控制功能。
13.根据权利要求10所述的电力系统，其中所述至少一个装置包括开关、有源电路、无源电路、保护装置和/或传感器。
14.一种操作电力网络的方法，所述电力网络包括连接到至少一个电力总线的至少一个组件以及包括执行与所述至少一个电力总线相关联的至少一个电气功能的至少一个装置，所述方法包括：
使用来自关于所述至少一个装置抽象的电力网络域的描述符与所述组件通信；以及
响应地操作在所述电力网络域中作为实体的所述至少一个装置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述实体包括电力路由实体、电力转换实体或计量实体。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述电气功能包括感测功能和/或控制功能。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一个装置包括开关、有源电路、无源电路、保护装置和/或传感器。
18.一种包括在其中体现的计算机可执行程序代码的非暂态介质，所述计算机可执行程序代码被配置成在控制连接到至少一个电力总线的至少一个组件的数据处理装置上执行，所述至少一个组件包括执行与所述至少一个电力总线相关联的至少一个电气功能的至少一个装置，所述计算机可执行程序代码包括：
被配置成使所述至少一个组件使用来自关于所述至少一个装置抽象的电力网络域的描述符来电子通信的计算机程序代码；以及
被配置成使所述至少一个组件操作为响应于所述通信的在所述电力网络域中的实体的计算机程序代码。
19.根据权利要求18所述的非暂态介质，其中所述实体包括电力路由实体、电力转换实体或计量实体。
20.根据权利要求18所述的非暂态介质，其中所述电气功能包括感测功能和/或电力控制功能。
21.根据权利要求18所述的非暂态介质，其中所述至少一个装置包括开关、有源电路、无源电路、保护装置和/或传感器。
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